焊接质量控制是焊接过程中重要的研究课题,优良的焊接质量是保证焊接结构使用性能的重要因素。在焊接过程中,由于焊接接头受到不均匀的温度场,造成焊接结构件上应力应变的分布不均匀,焊接残余应力导致接头进一步失效,带来结构、设备安全隐患。对关键焊接结构接头部位的应力应变测量及表征,从而对焊接接头进行有效的控形、控性。同时,焊接过程成形、接头热影响区关键数据的获取也是焊接结构完整性的重要评估依据。因此,对焊接过程中液态熔池图像、接头热影响区高温应变和精确表征和分析对焊接质量控制具有指导意义。首先,本文搭建了机器人弧焊试验系统,研制了一套适用于不锈钢机器人TIG焊的液态视觉传感单元、焊接全场高温应变在线测量及表征传感单元,开展了304不锈钢TIG焊多层多道焊接工艺试验,并分别对熔透、未熔透状态的焊接液态熔池、接头热影响区全场高温应变在线测量及表征研究。其次,围绕焊接热影响区全场高温应变在线测量与表征,优化设计了热影响区焊接高温散斑的制备算法,生成了具备几何形状多样性、随机性的高温散斑。同时,基于数字图像相关法原理,开发了焊接全场高温应变在线测量及处理的算法,通过采用高效的IC-GN迭代算法、简化的双三次插值法、优化采样大小和频率、去除程序冗余步骤等技术手段,提高了应变计算速度,实现了焊接全场高温应变在线测量。结合304不锈钢机器人多层多道焊工艺试验,进行了打底、填充和盖面焊的液态熔池图像采集,鉴于熔池图像处理的完整性和高效性,开发了ASM算法,对液态熔池图像进行处理,获得了熔池几何形状参数,比较了不同熔透状态打底焊熔池特征,并给出了定量和定性的评价方法。研究了不同熔透状态下的熔池图像、焊接热影响区应变对应关系,焊透的打底焊焊缝熔池表面形状不平整,提取的熔池前端轮廓有明显的凹陷状态,近焊缝区域应变值低于未焊透的打底焊近焊缝点。而未焊透的打底焊焊缝熔池表面平整,熔池前端轮廓光滑平缓,近焊缝区域应变值较高。最后,针对304不锈钢机器人TIG多层多道焊,融合焊接动态过程熔池形貌特征、接头热影响区高温应变,构建了焊接接头监控方法和评价机制,为后续焊接成形及性能控制进行了有益探索。